DE2900338A1 - Wechselrichter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter mit einer Wechselrichterfunktion zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom oder einen Wechselrichter vom Strom-Typ, welcher eine Chopper-Funktion zur Steuerung des Gleichstroms und eine Wechselrichter-Funktion zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom aufweist. Insbesondere betrifft die Erfindung einen wirtschaftlichen Wechselrichter, bei dem wirtschaftliche Thyristoren anstelle von teuren Transistoren verwendet werden und bei dem ein Transistor zur Löschung der Thyristoren verwendet wird.

Fig. 1 zeigt einen herkömmlichen Viechseirichter mit einer Gleichstromquelle 1, mit Transistoren 2U+, 2V+, 2W+, 2U-, 2V-, 2W- und mit Dioden 3U+, 3V+, 3W+, 3U-, 3V-, 3W-. In den Paaren des Transistors 2U+ und der Diode 3U+; des Transistors 2V+ und der Diode 3V+; des Transistors 2W+ und der Diode 3W+; des Transistors 2U- und der Diode 3U-; des Transistors 2V- und der Diode 3V- und des Transistors 2W- und der Diode 3W- sind die beiden Schaltelemente jeweils antiparallel zueinander geschaltet. Die Paare der Transistoren 2U+,2U-; der Transistoren 2V+,2V-; und der Transistoren 2W+,2W- sind jeweils in Reihe geschaltet. Die Kollektoren der Transistoren 2U+, 2V+, 2W+ sind mit dem positiven Anschluß der Gleichstromquelle 1 verbunden und die Emitter der Transistoren 2U-, 2V-, 2W- sind mit dem negativen Anschluß der Gleichstromquelle 1 verbunden.

Ferner ist eine Last 4 vorgesehen, deren drei Anschlüsse U, V, W jeweils mit der Verbindung zwischen den Transistoren 2U+, 2U-; der Verbindung zwischen den Transistoren 2V+, 2V-; bzw. der Verbindung zwischen den Transistoren 2W+, 2W-. verbunden sind. Die Basen der Transistoren 2U+, 2V+, 2W+, 2U-, 2V-, 2W- sind mit einer Basissteuereinrichtung 5 verbunden. Die Transistoren werden durch die Basissteuereinrichtung 5 eingeschaltet, und zwar jeweils den in Fig. 2 gezeigten Zeitspannen. Zwischen den Transistoren 2U+, 2V+ und 2W+ besteht jeweils eine Phasenverschiebung von 120°. Zwischen den Transistoren 2U+, 2U-; zwischen den Transistoren 2V+, 2V- und zwischen den Transistoren 2W+, 2W- besteht jeweils eine Phasenverschiebung von 180 . Durch die gezeigten Basissignale werden die Transistoren

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eingeschaltet.

Wenn die Basen der Transistoren des herkömmlichen Wechselrichters jeweils mit den Basissignalen beaufschlagt werden, so ergeben sich zwischen den Anschlüssen U, V, W der Last 4 die in Fig. 3 dargestellten Spannungen. Wenn die Spannung der Gleichstromquelle 1 mit Ed bezeichnet wird, so liegt in der Periode (I) gemäß Fig. 2, welche der Periode (I) der Fig. 3 entspricht, an den Anschlüssen (U)-(V) die Spannung ¹¹Ed; und an den Anschlüssen (V)-(W) die Spannung "-Ed" und an den Anschlüssen (W) - (U) die Spannung "Null", da die Transistoren 2U+, 2W+, 2V- sich jeweils im EIN-Zustand befinden .

Während der Periode (II) der Fig. 2, welche der Periode (II) der Fig. 3 entspricht, liegt die Spannung "Ed" zwischen den Anschlüssen (U)-(V) während die Spannung "Null" zwischen den Anschlüssen (V)-(W); und die Spannung "-Ed" zwischen den Anschlüssen (W)-(U) liegt, da die Transistoren 2U+, 2V- und 2W- sich nunmehr im EIN-Zustand befinden. Auf diese Weise wird die Last 4 mit Wechselstrom gespeist, welcher aus der Gleichstromquelle gewonnen wird.

Jede der Dioden 3U+, 3V+, 3W+, 3U-, 3V-, 3W- dient dazu, den Strom der Transistoren 2U+, 2V+, 2W-, 2U-, 2V-, 2W- zu leiten, wenn sich diese Transistoren jeweils im AUS-Zustand befinden. Wenn z. B. der Transistor 2U+ ausgeschaltet wird, so fließt der Strom durch die Diode 3U-. Wenn die Diode SU-eingeschaltet wird, so ist das Potential des Anschlusses U der Last gleich dem Potential im EIN-Zustand des Transistors 2U-. Daher wird die Spannungswellenform gemäß Fig. 3 nicht geändert.

Fig. 4 zeigt einen herkömmlichen Wechselrichter vom Strom-Typ. Dieser umfaßt eine Gleichstromquelle 11 sowie einen damit verbundenen Chopper 12 und mit dem Chopper 12 verbundene Gleichstrom-Drosseln 13+, 13-. Ferner ist ein Wechselrichter 14 mit den Gleichstrom-Drosseln 13+, 13- und der Gleichstromquelle

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11 verbunden. Eine Last 15 ist an den Wechselrichter 14 angeschlossen. Der Chopper 12 ist aus Transistoren 101, 102 zur Herbeiführung der Chopper-Funktion und aus Dioden 103, 104 aufgebaut. Der Wechselrichter 14 ist aus Transistoren 105 bis und Dioden 111 bis 116 aufgebaut. Eine Steuereinrichtung 16 dient zur Steuerung der Basen der Transistoren 101, 102, 105 bis 110.

Im folgenden soll die Arbeitsweise dieses Wechselrichters vom Strom-Typ erläutert werden. Der Chopper 12 dient der Steuerung der Gleichstromleistung, welche von der Gleichstromquelle 11 durch die Gleichstromdrosseln 13+, 13- in den Wechselrichter 14 eingespeist wird. Wenn die Basen der Transistoren 101, von der Steuereinrichtung 16 mit einem EIN-Signal beaufschlagt werden, so wird die Gleichstromleistung von der Gleichstromquelle 11 über die Transistoren 101, 102 dem Wechselrichter zugeführt. Wenn andererseits die Basen der Transistoren 101, von der Steuereinrichtung 16 mit einem AUS-Signal beaufschlagt werden, so werden die Transistoren ausgeschaltet und die Leistung wird vom Wechselrichter 14 über die Dioden 103, 104 zur Gleichstromquelle 11 zurückgespeist. Auf diese Weise steuert der Chopper 12 die Leistung, welche von der Gleichstromquelle 11 dem Wechselrichter 14 zugeführt wird, und zwar durch EIN-Steuerung bzw. AUS-Steuerung der Transistoren 101, 102. Die Drosseln 13+, 13- dienen zur Glättung der eingespeisten Leistung.

Die vom Chopper 12 über die Gleichstromdrosseln 13+, 13-eingespeiste Gleichstromleistung wird durch den Wechselrichter 14 in Wechselstromleistung umgewandelt und der Last 15 zugeführt. Die Basen der Transistoren 105 bis 110 werden durch die Steuereinrichtung 16 mit EIN/AUS-Signalen gemäß Fig. 5 beaufschlagt. In der Zeitspanne (I) werden die Basen der Transistoren 105 und 110 mit dem EIN-Signal beaufschlagt und die Basen der Transistoren 106, 107, 108, 109 werden mit AUS-Signalen beaufschlagt. Die Gleichstromleistung wird durch die Gleichstromdrossel 13+, den Transistor 105, die Last 15, den Transistor 110 und die Gleichstromdrossel 13- gespeist.

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Beim übergang in die Betriebsmode (II) wird das Basissignal des Transistors 105 vom EIN-Signal in das AUS-Signal umgeschaltet und das Basissignal des Transistors 107 wird vom AUS-Signal in das EIN-Signal umgeschaltet. Es soll nun angenommen werden, daß die Last 15 eine Drosselkomponente umfaßt. Der durch den Transistor 105 fließende Strom fließt nun vom negativen Anschluß der Gleichstromquelle 11 durch die Diode 112 und dieser Strom wird allmählich herabgesetzt, während andererseits der von der Gleichstromdrossel 13+ durch den Transistor 107 zur Last 15 fließende Strom allmählich erhöht wird. Der durch die Gleichstromdrossel 13+ fließende Strom wird im wesentlichen konstant gehalten. Wenn der vom Transistor 107 zur Last 15 fließende Strom geringer ist als der Strom der Gleichstromdrossel 13+, so hängt der durch die Gleichstromdrossel 13+, den Transistor 107, die Diode 113 und den Transistor 101 fließende Strom oder der durch die Gleichstromdrossel 13+, den Transistor 107, die Diode 113, die Gleichstromquelle 11 und die Diode 103 fließende Strom vom Zustand des Choppers 12 ab. Der durch den Transistor 110 fließende Strom wird nicht geändert. Wenn der durch die Diode 103 fließende Strom Null wird und der durch den Transistor 107 fließende Strom gleich dem durch die Gleichstromdrossel 13+ fließenden Strom ist, so fließt der Strom durch die Gleichstromdrossel 13+, den Transistor 107, die Last 15, den Transistor 110 und die Gleichstromdrossel 13-, Auf diese Weise werden die Transistoren 105 bis 110 und die Dioden 111 bis 116 des Wechselrichters 14 sequentiell wiederholt ein- und aus-geschaltet, wodurch die Last 15 mit Wechselstrom beaufschlagt wird.

Bei einem herkömmlichen Wechselrichter oder einem herkömmlichen Wechselrichter vom Strom-Typ werden eine Vielzahl von Transistoren als Schaltelemente verwendet. Diese Transistoren sind im Vergleich zu Thyristoren (SCR) der gleichen Strombelastbarkeit, welche ebenfalls als Schaltelemente verwendet werden können, recht teuer. Thyristoren haben jedoch den Nachteil, daß sie nicht in den AÜS-Zustand übergehen, wenn der der Steuerelektrode zugeführte Strom unterbrochen wird. Daher kann ein normaler Betrieb nicht erwartet werden, wann man lediglich die Transistoren durch Thyristoren ersetzt.

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Es ist vielmehr erforderlich, eine komplizierte und teure Kommutierschaltung vorzusehen,wenn man Thyristoren anstelle von Transistoren verwendet.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen wirtschaftlichen Wechselrichter zu schaffen,,bei dem wirtschaftliche Thyristoren anstelle von teuren Transistoren verwendet werden und bei dem zum Löschen der Thyristoren ein Transistor dient.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild eines herkömmlichen Wechselrichters;

Fig. 2 die Basiseingangssignalwellenformen der Transistoren des herkömmlichen Wechselrichters gemäß Fig. 1;

Fig. 3 die Ausgangsspannungswellenformen des herkömmlichen Wechselrichters gemäß Fig. 1;

Fig. 4 ein Schaltbild eines herkömmlichen Wechselrichters vom Strom-Typ;

Fig. 5 die Eingangssignalwellenformen der Basis der Transistoren des herkömmlichen Wechselrichters vom Strom-Typ gemäß Fig. 4;

Fig. 6 ein Schaltbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters;

Fig. 7 die Eingangssignal-Wellenformen der Steuerelektroden der Thyristoren und der Basen der Transistoren des erfindungsgemäßen Wechselrichters;

Fig. 8 die Ausgangsspannungswellenformen des erfindungsgemäßen Wechselrichters gemäß Fig. 6;

Fig. 9 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters;

Fig.10 die Eingangssignal-Wellenformen der Steuerelektroden der Thyristoren und der Basen der Transistoren der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters gemäß Fig. 9;

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Fig. 11 die Ausgangsspannungswellenform der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters gemäß Fig. 9;

Fig. 12 ein Schaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wechselrichters vom Strom-Typ und

Fig. 13 die Eingangssignalwellenformen der Steuerelektroden der Thyristoren des Wechselrichtersteils und der Basen der Transistoren bei Wechselrichterbetrieb.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer ersten Gleichstromquelle 1 mit der Spannung Ed. Ferner sind Thyristoren 2U+, 2V+, 2W+, 2U-, 2V-, 2W- vorgesehen, sowie Dioden 3ü+, 3V+, 3W+, 3U-, 3V-, 3W- sowie eine Last 4, Transistoren 6+, 6-, eine Steuereinrichtung 7 zur Steuerung der Steuerelektroden und der Basen der Thyristoren bzw. Transistoren, eine Widerstand 7 und eine zweite Gleichstromquelle 8.

Die Thyristoren 2U+ und 2U-; 2V+ und 2V-; 2W+ und 2W- sind jeweils in Reihe geschaltet. Die Anoden der Thyristoren 2U+ und 2V+, 2W+ sind jeweils über den Transistor 6+ mit dem positiven Anschluß der Gleichstromquelle 1 verbunden. Andererseits sind die Kathoden der Thyristoren 2U-, 2V-, 2W- jeweils über den Transistor 6- mit dem negativen Anschluß der ersten Gleichstromquelle 1 verbunden. Andererseits sind die Dioden 3U+, 3U- jeweils in Reihe geschaltet und die Verbindungsstelle zwischen diesen beiden Dioden ist mit der Verbindungsstelle zwischen den Thyristoren 2U+, 2U- verbunden, sowie mit dem Anschluß der Last 4. Die Dioden 3V+, 3V- sind jeweils in Reihe geschaltet und die Verbindungsstelle zwischen diesen beiden Dioden ist mit der Verbindungsstelle zwischen den Thyristoren 2V+, 2V- verbunden sowie mit dem Anschluß V der Last 4. Die Dioden 3W+, 3W- sind jeweils in Reihe geschaltet und die Verbindungsstelle zwischen den beiden Dioden ist mit der Verbindungsstelle zwischen den Thyristoren 2W+, 2W- verbunden sowie mit dem Anschluß W der Last 4. Die Kathoden der Dioden 3U+, 3V+, 3W+ sind mit dem positiven Anschluß der ersten Gleichstromquelle 1 verbunden. Die Anoden der Dioden 3U-, 3V-, 3W- sind mit dem negativen Anschluß der ersten Gleichstromquelle 1 verbunden.

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Der positive Anschluß der zweiten Gleichstromquelle 8 ist mit dem Widerstand 7 in Reihe geschaltet und mit den Kathoden der Thyristoren 2U-, 2V-, 2W- verbunden. Das andere Ende des Widerstandes 7 ist mit den Anoden der Thyristoren 2U+, 2V+, 2W+ verbunden.

Die in Fig. 7 dargestellten Signale werden durch die Basissteuereinrichtung 5 den Thyristoren 2U+, 2V+, 2W+, 2U-, 2V-, 2W- und den Transistoren 6+, 6- zugeführt. Die Signale mit einer jeweiligen Phasenverschiebung von 120° werden den Thyristoren 2U+, 2V+, 2W+ zugeführt. Ferner werden Signale mit einer jeweiligen Phasenverschiebung von 180 ° den beiden Thyristoren 2U+ und 2U- bzw. den beiden Thyristoren 2V+ und 2V- bzw. den beiden Thyristoren 2W+ und 2W- zugeführt. Die Breite der Signale beträgt 180°. Zum Zeitpunkt des VerSchwindens des Eingangssignals der Thyristoren 2U+, 2V+, 2W+ verschwindet das in den Transistor 6+ eingespeiste Eingangssignal während jeweils einer Zeitspanne von 50 iis. Das in den Transistor 6-eingespeiste Eingangssignal verschwindet jeweils ebenfalls während einer Zeitspanne von 50 ils, und zwar zum Zeitpunkt des Verschwindens des Eingangs signals der Thyristoren 2U-, 2V-, 2VJ-.

Das Löschen der Thyristoren geschieht folgendermaßen. Gemäß den Figuren 6 und 7 wird das Steuerelektrodensignal des jeweils zu löschenden Thyristors unterbrochen und gleichzeitig wird das Basissignal des Transistors unterbrochen, z. B. das Basissignal des Transistors 6+ im Falle des Löschens des Thyristors 2U+. In diesem Zeitpunkt wird der Transistor 6+ sofort ausgeschaltet und der durch den Thyristor 2U+ fließende Strom wird Null. Wenn der Thyristor nicht mit einer Spannung in Sperrrichtung beaufschlagt wird, so ist die Ausschalt-Zeitspanne zur Herbeiführung einer dauernden AUS-Funktion sehr lang, auch wenn der Strom des Thyristors Null wird (lange Freiwerdezeit) . Aus diesem Grund wird mit Hilfe der zweiten Gleichspannungsquelle 8 eine Spannung in Sperrichtung angelegt. Die Spannung der zweiten Gleichspannungsquelle 8 liegt von der positiven Seite her über den Transistor 6- und die Diode

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3U- an der Kathode des Thyristors 2U+ an und von der negativen Seite der zweiten Gleichspannungsquelle 8 her über den Widerstand 7 an der Anode des Thyristors 2U-. Bei Stromfluß wird der Thyristor 2U+ mit einer Sperrspannung beaufschlagt. Wenn kein Strom fließt, ergeben sich keine Schwierigkeiten durch das Anliegen der Sperrspannung auch wenn der Widerstandswert des Widerstandes 7 erhöht wird. Die Spannung der zweiten Gleichspannungsquelle 8 beträgt vorzugsweise etwa 10 Volt. Der Widerstandswert des Widerstandes 7 beträgt vorzugsweise etwa mehrere 1OO Ohm, da die Spannungen der ersten und zweiten Gleichspannungsquellen 1 und 8 am Widerstand 7 anliegen, wenn beide Transistoren 6+, 6- sich im EIN-Zustand befinden.

Wenn es sich bei der Last 4 um eine induktive Last handelt, so fließt der zum Thyristor 2U+ fließende Strom über die Diode 3U- (gemäß Fig. 2). Wenn der Transistor 6+ ausgeschaltet wird, und zwar durch Beaufschlagung der Steuerelektrode des Thyristors mit einem Steuerelektrodensignal, und zwar in dem für das Löschen des Thyristors 2U+ vorgesehenen Zeitpunkt, so wird der durch den Thyristor fließende Strom abgeschaltet.Wegen der kurzen Zeitspanne kommt es jedoch nicht zu Störungen.

Wenn das Basissignal des Transistors 6- unterbrochen wird, und zwar zum Zeitpunkt der Unterbrechung des Steuerelektrodensignals des Thyristors zum Zwecke der Löschung des Thyristors 2U-, so liegt die Spannung der zweiten Gleichspannungsquelle 8 von der positiven Seite her an der Kathode des Thyristors 2U-an, sowie von der negativen Seite her über den Widerstand 7 und den Transistor 6+ und die Diode 3U+ an der Anode des Thyristors 2U-. Wenn es sich nun bei der Last um eine induktive Last handelt, so fließt der durch den Thyristor 2U- fließende Strom zur Diode 3U+. Wenn die Thyristoren 2U+, 2V+, 2W+, 2U-, 2V-, 2W- und die Transistoren 6+, 6- in richtiger Weise betrieben werden, so erhält man an den Anschlüssen der Last 4 die in Fig. 8 dargestellte Spannung. Wenn sich die Thyristoren 2U+, 2V-, 2W+ und die Transistoren 6+, 6- im EIN-Zustand befinden, so hat die Spannung zwischen den Anschlüssen (U)-(V) den Wert "Ed" und die Spannung zwischen den Anschlüssen (V)-(W)

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den Wert "-Ed" und die Spannung zwischen den Anschlüssen (W)-(U) den Wert "Null" (in Periode I der Fig. 7). Während der anfänglichen 50 με befindet sich der Thyristor 2V- im wesentlichen im AUS-Zustand und die Spannungen zwischen den Anschlüssen (U)-(V); (V)-(W) und (W)-(U) sind jeweils Null, da der Transistor 6- sich im Auszustand befindet. In gleicher Weise kann man die Spannung in den Zeitintervallen (II) bis (VI) aus Fig. 7 ableiten, wobei man die Spannungswellenformen gemäß Fig. 8 erhält.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform der Fig. 6 kann man anstelle der Transistoren 6+, 6- als Schaltelement einen Chopper und einen über die Steuerelektrode löschbaren Thyristor verwenden. Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform mit einer Dreiphasenschaltung. Es kann sich jedoch auch um eine Einphasenschaltung oder um eine andere modifizierte Schaltung handeln.

Wie oben beschrieben, ist erfindungsgemäß ein einziger Transistor einer Vielzahl von Thyristoren vorgeschaltet und die Sperrspannung wird automatisch an die Thyristoren angelegt, so daß die Thyristoren gelöscht werden. Daher kann die Anzahl der teuren Thyristoren herabgesetzt werden und es wird somit erfindungsgemäß ein wirtschaftlicher Wechselrichter geschaffen. Die zweite Gleichspannungsquelle 8 zur Beaufschlagung des Thyristors mit der Sperrspannung kann eine kleine Gleichspannungsquelle sein. Somit werden die Kosten des Wechselrichters hierdurch nicht wesentlich gesteigert.

Fig. 9 zeigt eine weitere Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters mit einer ersten Gleichspannungsquelle 1 mit der Spannung Ed und mit Thyristoren 2U+, 2V+, 2W+, 2U-, 2V-, 2W- und Dioden 3U+, 3V+, 3W+, 3U-, 3V-, 3W- sowie mit einer Last 4 und einer Steuerelektroden-Basis-Steuereinrichtung 5, Transistoren 6+, 6- und sekundären Gleichspannungsquellen 8+, 8- mit der Spannung Ec sowie mit Drosseln 9U, 9V,

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ORIGINAL INSPECTED

9W und Dioden 10+, 10-,

Der Thyristor 2U+, die Drossel 9U und der Thyristor 2U- bzw. der Thyristors 2V+, die Drossel 9V und der Thyristor 2V- bzw. der Thyristor 2W-, die Drossel 9W und der Thyristor 2W- sind-jeweils in Reihe geschaltet, wobei die Stromrichtung mit der Reihenfolge der angegebenen Schaltelemente zusammenfällt. Die positive Seite einer jeden der Reihenschaltungen (Anoden der Thyristoren 2ü+, 2V+_f 2W+) sind mit dem positiven Anschluß der ersten Gleichstromquelle 1 verbunden und die negativen Seiten (Kathoden der Thyristoren 2U-, 2V-, 2W-) sind mit dem negativen Anschluß der ersten Gleichstromquelle verbunden. In den Paaren der zweiten Gleichstromquelle 8 und des Transistors 6+ bzw. der zweiten Gleichstromquelle 8- und des Transistors 6- ist der Kollektor des Transistors 6+ mit dem positiven Anschluß der Gleichstromquelle 8+ in Reihe verbunden, während andererseits der Kollektor des Transistors 6-mit dem positiven Anschluß der zweiten Gleichstromquelle 8-in Reihe geschaltet ist. Der negative Anschluß der zweiten Gleichstromquelle 8+ ist mit der Anode der Diode 10+ in Reihe geschaltet. Der Emitter des Transistors 6- ist mit der Kathode der Diode 10 in Reihe geschaltet. Darüber hinaus sind die Kathode der Diode 10+ sowie der negative Anschluß der zweiten Gleichstromquelle 8- mit dem positiven Anschluß der ersten Gleichstromquelle 1 verbunden. Der Emitter des Transistors 6+ und die Anode der Diode 10- sind mit dem negativen Anschluß der ersten Gleichstromquelle 1 verbunden.

Die Kathoden der Dioden 3U+, 3V+, 3W+ sind jeweils mit den Verbindungsstellen zwischen der Drossel 9U und dem Thyristor 2U- bzw. mit der Verbindungsstelle zwischen der Drossel 9V und dem Thyristor 2V- bzw. mit der Verbindungsstelle zwischen der Drossel 9W und dem Thyristor 2W- verbunden. Die Anoden der Dioden sind mit der Diode 10+ verbunden sowie mit der zweiten Gleichstromquelle 8+.

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Die Anoden der Dioden 3U-, 3V-, 3W- sind jeweils mit der Verbindungsstelle zwischen dem Thyristor 2U+ und der Drossel 9U bzw. mit der Verbindungsstelle zwischen dem Thyristor 2V+ und der Drossel 9V+ bzw. mit der Verbindungsstelle zwischen dem Thyristor 2W+ und der Drossel 9W verbunden. Die Kathoden der Dioden sind jeweils mit der Verbindungsstelle zwischen dem Transistor 6- und der Diode 10- verbunden. Die Mittelabgriffe der Drosseln 9ü,9V, 9W sind jeweils mit den Anschlüssen U, V, W der Last 4 verbunden. Die Steuerelektröden der Thyristoren 2U+, 2V+, 2W+, 2U-, 2V-, 2W- und die Basen der Transistoren 6+, 6- sind jeweils mit der Steuerelektroden-Basis-Steuereinrichtung 5 verbunden.

Bei dem erfindungsgemäßen Wechselrichter des oben beschriebenen Aufbaus werden die Steuerelektrodensignale und Basissignale gemäß Fig. 10 an die Thyristoren 2U+, 2V+, 2W+, 2U-, 2V-, 2W- und an die Transistoren 6 + , 6- angelegt. An die· Thyristoren 2U+, 2V+, 2W+ werden jeweils Signale angelegt, welche zueinander eine Phasenverschiebung von 120° aufweisen. An die Thyristoren 2U+, 2U- bzw. an die Thyristoren 2V+, 2V- bzw. an die Thyristoren 2W+, 2W- werden Signale angelegt, welche zueinander eine Phasenverschiebung von 120° aufweisen. Ferner werden die Basen der Transistoren mit Basissignalen einer Zeitdauer von etwa 50 ns beaufschlagt. Während dieser Zeit werden die Transistoren 6+ oder 6- eingeschaltet. Wenn eine der Steuerelektroden der Thyristoren 2U+, 2V+, 2W+ mit einem Löschsignal beaufschlagt wird, so wird die Basis des Transistors 6- mit dem Basissignal beaufschlagt. Wenn eine der Steuerelektroden der Thyristoren 2U-, 2V-, 2W- gelöscht wird, so wird die Basis des Transistors 6+ mit dem Basissignal beaufschlagt. Der Transistor 6- wird mit dem Basissignal zum Zwecke des Löschens der Thyristoren 2U+, 2V+, 2W+ beaufschlagt. Der Transistor 6+ wird mit dem Basissignal zum Zwecke der Löschung der Thyristoren 2U-, 2V-, 2W- beaufschlagt.

Im folgenden soll die Arbeitsweise der Einrichtung gemäß Fig. anhand der Fig. 10 erläutert werden, und zwar von der Zeitspanne I bis zur Zeitspanne II.

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Wenn in der Zeitspanne I der Transistor 6+ nicht mit dem Basissignal beaufschalgt wird, so werden die Steuerelektroden der Thyristoren 2U+, 2W+, 2V- mit dem Steuerelektrodensignal beaufschlagt. Die Anschlüsse U, W der Last 4 haben das Potential "Ed" der ersten Gleichspannungsquelle, der Anschluß V hat das Potential Null der ersten Gleichspannunsquelle 1. Die Drosseln 9U, 9V, 9W haben nur einen Wert von etwa mehreren Hunderten μΗ. Dieser Wert ist geringer als die Impedanz der Last 4. Somit kann der durch die Drosseln hervorgerufene Spannungsabfall vernachlässigt werden.

In der Periode II wird das Steuerelektrodensignal des Thyristors 2W+ gestoppt und während der anfänglichen etwa 50 μs werden die Steuerelektroden der Thyristoren 2U+, 2V- und die Basis des Transistors 6- mit den Signalen beaufschlagt. Demgemäß liegt das Potential der zweiten Gleichstromquelle 8- über den Transistor 6- und die Diode 3W- am Thyristor 2W+ als Sperrspannung an, so daß der Thyristor 2W+ gelöscht wird. Die Steuerelektrode des Thyristors 2U+ wird beaufschlagt, jedoch liegt das Potential der zweiten Gleichstromquelle 8- über den Transistor 6- und die Diode 3U- als Sperrspannung an, so daß er nicht leitend ist.

Somit dienen die beiden sekundären Gleichspannungsquellen 8-, 8+ zum Löschen der Thyristoren 2U+, 2V+, 2W+. Es reicht daher aus, wenn diese Gleichspannungsquellen eine Spannung von mehreren 10 Volt aufweisen. Die Anschlüsse U, V, W der Last 4 haben die folgenden Potentiale:

Ec Potential des Anschlusses U = Ed + —=·

Potential des Anschlusses V = ■=— + —-·

Ec Potential des Anschlusses W = Ed + —^

Wenn das Basissignal des Transistors 6- gestoppt wird, und die Thyristoren 2U+, 2V-, 2W- mit dem Steuerelektrodensignal beaufschlagt werden, so beträgt das Potential am Anschluß U

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der Last 4 "Ed" während die Potentiale an den Anschlüssen V und W Null sind. Die Potentiale zwischen den Anschlüssen U, V, W sind in Fig. 11 dargestellt. Das Basissignal mit einer Zeitdauer von etwa 50 ßs wird an den Transistor 6+ angelegt und zwar beim Übergang von der Zeitspanne II in die Zeitspanne III. Dabei ist der Betrieb der gleiche wie beim Übergang von der Zeitspanne I in die Zeitspanne II und soll daher nicht nochmals beschrieben werden.

Somit wird bei obiger Ausführungsform zum Zwecke des Löschens einer Vielzahl von Thyristoren der in Reihe zur zweiten Gleichstromquelle (welche parallel zu den Thyristoren liegt) geschaltete Transistor eingeschaltet, so daß eine Sperrspannung an die Thyristoren angelegt wird. Hierdurch kann die Anzahl der teueren Transistoren im Vergleich zu herkömmlichen Wechselrichtern erhebliche herabgesetzt werden. Es wird daher ein vorteilhafter wirtschaftlicher Wechselrichter mit genauem Betrieb geschaffen.

Vorstehend wurde eine Ausführungsform in Form einer Dreiphasen-Vollweg-Schaltung erläutert. Diese Ausführungsform eignet sich jedoch auch für eine Einphasen-Schaltung. Anstelle eines Transistors können auch andere Schaltelemente mit EIN-/AUS-Funktion verwendet, z. B. über die Steuerelektrode löschbare Thyristoren.

Fig. 12 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, und zwar in Form eines Wechselrichters vom Strom-Typ mit einer Gleichstromquelle 11, einem Chopper 12, welcher mit der Gleichstromquelle 11 verbunden ist, mit Gleichstromdrosseln 13+, 13-, welche mit dem Chopper 12 verbunden sind, mit einem Wechselrichter 14, welcher mit den Gleichstromdrosseln 13+, 13- und der Gleichstromquelle 11 verbunden ist und mit einer Last 15, welche mit dem Wechselrichter 14 verbunden ist. Der Chopper 12 besteht aus Thyristoren 201, 202 und Dioden 103, 104. Der Wechselrichter 14 umfaßt Thyristoren 205 bis 210. Ferner sind Kommutierschaltungen 17+, 17- vorgesehen, welche parallel zu den Thyristoren 201, 202 liegen. Die Kommutierschaltung 17+

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besteht aus einem. Transistor 117 und einer zusätzlichen Gleichstromquelle 118. Die Kommutierschaltung 17- besteht aus einem Transistor 119 und einer zusätzlichen Gleichstromquelle 120. Schließlich ist eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Steuerelektroden der Thyristoren 201, 202 und 205 bis 210 und der Basen der Transistoren 117, 118 vorgesehen.

Im folgenden soll die Arbeitsweise dieser Einrichtung erläutert werden.

Wenn die Thyristoren 201, 202 durch ein Signal der Steuereinrichtung 16 eingeschaltet werden oder gezündet werden, so fließt der Strom von der Gleichstromquelle 11 über die Thyristoren 201, 202 und die Gleichstromdrosseln 13+, 13- zum Wechselrichter 14. Wenn die Thyristoren 201, 202 ausgeschaltet sind, so sind die Dioden 103, 104 eingeschaltet. Nunmehr findet die Rückspeisung der elektrischen Energie vom Wechselrichter über die Drosseln 13+, 13- zur Gleichstromquelle 11 statt. Somit steuert der Chopper 12 die Einspeisung der elektrischen Energie von der Gleichstromquelle 11 über die Gleichstromdrosseln 13+,13- zum Wechselrichter 14, und zwar durch Einschalten und Ausschalten der Thyristoren 201, 202. Die Gleichstromdrosseln 13+,13- wirken im Sinne einer Glättung des eingespeisten Stroms. Die Einschaltung und Ausschaltung der Thyristoren 201, 202 geschieht folgendermaßen: Die Thyristoren werden dadurch eingeschaltet, daß ihre Steuerelektroden von der Steuereinrichtung 16 mit einem Signal beaufschlagt werden. Die Thyristoren werden dadurch gelöst, daß man die Spannung der Gleichspannung sque Ilen 118, 120 in den Commutierschaltungen 17+, 17-als Sperrvorspannung an die Thyristoren 201,201 anlegt. Dies geschieht durch Beaufschlagung der Transistoren 117, 119 der Kommutierschaltungen 17+, 17- mit einem EIN-Signal der Steuereinrichtung 16, und zwar zum zwecke der Einschaltung dieser Transistoren.

Die Zeitdauer der Einspeisung des EIN-Signals in die Transistoren 117, 119 kann mehrere 10 με betragen. Somit werden die Thyristoren 201, 202 oder die Transistoren 117, 119 ausge-

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schaltet, wenn man den Transistoren 117, 119 ein AUS-Signal zuführt. Hierdurch wird die Leistungs-Rückspeisungsschaltung der Dioden 103, 104 gebildet. Der Wechselrichter 14 wandelt den vom Chopper 12 über die Gleichstromdrosseln 13+, 13-eingespeisten Gleichstrom in einen Wechselstrom um und dieser wird der Last zugeführt. Zum Betrieb des Wechselrichters 14 werden die in Fig. 12 dargestellten Signale von der Steuereinrichtung 16 den Steuerelektroden der Thyristoren 205, 210 und den Transistoren 117, 119 der Kommutierschaltungen 17+, 17-zugeführt. Diese Signale werden den Transistoren 117, 119 zusammen mit den Signalen für den Betrieb des Choppers 12 zugeführt.

Im normalen Zustand der Betriebsmode I der Fig. 13 befinden sich die Thyristoren 205, 210 im EIN-Zustand und der Gleichstrom fließt über die Gleichstromdrossel 13+, den Thyristor 205, die Last 15, den Thyristor 210 und die Gleichstromdrossel 13-. Bei übergang von der Betriebsmode I in die Betriebsmode II wird das EIN-Signal an der Steuerelektrode des Thyristors unterbrochen und andererseits wird das EIN-Signal der Steuerelektrode des Thyristors 207 zugeführt und gemäß Fig. 13 wird den Basen der Transistoren 116, 119 jeweils ein EIN-Signal mit einer Dauer von mindestens 10 μΞ zugeführt. Das EIN-Signal wird der Basis des Transistors 117 zugeführt und das AüS-Signal wird der Steuerelektrode des Thyristors 201 zugeführt, wodurch der Thyristor 201 ausgeschaltet wird. Nunmehr wird das EIN-Signal der Basis des Transistors 119 zugeführt und das AüS-Signal wird der Steuerelektrode des Thyristors 202 zugeführt, wodurch der Thyristor 202 gelöscht wird. In diesem Stadium wird eine Stromschleife aus dem Transistor 119, der Gleichstromquelle 120, dem Thyristor 210 und der Gleichstromdrossel 13- gebildet, so daß die Spannung der Gleichstromquelle 120 an der Gleichstromdrossel 13- anliegt. Die Gleichstromdrosseln 13-, 13+ sind nicht verbunden, so daß die Spannung in der Gleichstromdrossel 13+ induziert wird. Der Thyristor 102 befindet sich im AUS-Zustand, und zwar in der Schleife mit der Gleichstromdrossel 13+ und demgemäß wird die Schleife der Gleichstromdrossel 13+, der Diode 103, der Diode 112 und des Thyristors 205 gebildet und

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die Spannung der Gleichstromdrossel· 13+ liegt als Sperrspannung an der Diode 103 und am Thyristor 205 an, so daß der Thyristor 205 gelöscht wird. Nach dem Löschen des Thyristors 205 hängt der EIN-/AUS-Betrieb der Thyristoren 201, 202 von dem Chopper-Betrieb ab.

Wenn die Last 15 eine Drossel umfaßt, so fließt der Strom durch den Thyristor 205 nunmehr von der negativen Seite der Gleichstromquelle 11 durch die Diode. Dieser Strom wird allmählich herabgesetzt, während der Strom durch die Gleichstromdrossel 13+, durch den Thyristor 207 zur Last 15 allmählich erhöht wird. Der durch die Gleichstromdrosseln 13+, 13-fließende Strom wird im wesentlichen konstant gehalten. Wenn der zum Thyristor 207 fließende Strom den zur Gleichstromdrossel 13+ fließenden Strom nicht übersteigt, so fließt der Strom durch die Gleichstromdrossel· 13+, den Thyristor 207 undden Thyristor 201 oder durch die Gieichstromdrossei 13+, den Thyristor 207, die GleichstromgueMe 11 und die Diode 103, und zwar je nach dem Zustand des Choppers 12. Der durch den Thyristor 210 fiießende Strom ist gleich demjenigen bei einer herkömmlichen Einrichtung. Wenn der durch die Diode 1o3 fließende Strom Null· ist, so ist der durch den Thyristor 207 fließende Strom gleich dem Strom, weicher durch die Gieichstromdrossei 13+ fiießt und der Strom fiießt durch die Gieichstromdrossei 13+, den Thyristor 207, die Last 15 und den Thyristor 210 und die Gieichstromdrossel 13-. Dies ist der normale Betriebszustand der Betriedmode II. Somit liegt bei den Thyristoren 205 bis 210 und den Dioden 111 bis 116 im Wechseirichter 14 wiederhoit und aufeinanderfoigend ein EIN-/AUS-Betrieb vor und der Last wird daher ein Wechsel·- strom zugeführt.

Bei der beschriebenen Schaitung des Thyristors 201, des Transistors 117 und der Gieichstromgue^e 118 oder der Schalung des Thyristors 202, des Transistors 119 und der Gieichstromquelie 120 kann man auch ohne Verwendung der Thyristoren 201, 202 eine Chopper-Funktion mit den Transistoren 117, 119 herbeiführen. Bei einer derartigen abgewandeiten

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Schaltung können die Thyristoren 205, 210 im Wechselrichter 14 gelöscht werden durch alternierendes Ausschalten der Transistoren 117, 119 auch wenn die Gleichstromquellen 118,120 von den Transistoren 117,119 getrennt sind und mit den Dioden 103,104 in umgekehrter Reihenschaltung verbunden sind.

Somit wird erfindungsgemäß zum Zwecke der Löschung einer Vielzahl von Thyristoren in einem Wechselrichter ein Schaltelement, z. B. ein Transistor eingeschaltet bzw. ausgeschaltet, so daß die Sperrspannung automatisch an die Thyristoren angelegt wird und die Thyristoren werden eingeschaltet und ausgeschaltet. Auf diese Weise kann die Zahl der teuren Transistoren erheblich herabgesetzt werden und es kann vorteilhafterweise ein wirtschaftlicher Wechselrichter geschaffen werden.

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Claims (15)

PATENTANSPRÜCHE X * U U «J O O

1. \ Wechselrichter, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von ppen von in Reihe geschalteten Dioden (3U+, 3U-; 3V+, 3V-;

3Vl+, 3W-) , welche parallel zwischen dem positiven und negativen Anschluß einer Gleichstromquelle (1) liegen und von der ersten Gleichstromquelle (1) mit einer Sperrspannung beaufschlagt werden; durch erste und zweite Schaltelemente (6+,6-), welche mit gemeinsamen Anschlüssen der Gruppen von in Reihe geschalteten Dioden verbunden sind; durch einen Widerstand (7) und eine zweite Gleichstromquelle (8) , welche in Reihe zueinander geschaltet sind und zwischen den Schaltelementen (6+,6-) liegen; durch eine Vielzahl von Gruppen von in Reihe geschalteten Thyristoren (2U+,2ü-;2V+,2V-;2W+,2W-), welche parallel geschaltet sind und von der ersten Gleichstromquelle (1) in Durchlaßrichtung beaufschlagt werden; durch einen lastseitigen Ausgangsanschluß an Verbindungsleitungen, welche jeweils die Verbindungspunkte der in Reihe geschalteten Gruppen von Thyristoren und der in Reihe geschalteten Gruppen von Dioden miteinander verbinden und durch eine Steuereinrichtung (5) zur Steuerung der Thyristoren und der Schaltelemente.

2. Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (6+,6-) Transistoren sind..

3. Wechselrichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (5) die Steuerelektroden der Thyristoren und die Basen der Transistoren ansteuert.

4. Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement ein Chopper ist.

5. Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement ein über die Steuerelektrode löschbarer Thyristor ist.

6. Wechselrichter, insbesondere nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Gruppen von in Reihe geschal-

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teten Thyristoren (2U+,2U-;2V+,2V-;2W+,2W-), die jeweils über eine Drossel (9U;9V;9W) miteinander in Reihe geschaltet sind, wobei die Reihenschaltungen parallel zueinander liegen und mit dem positiven und negativen Anschluß einer ersten Gleichstromquelle (1) verbunden sind, so daß sie durch diese in Durchlaßrichtung beaufschlagt werden; durch eine Vielzahl von Dioden-Paaren (3U+,3U-;3V+,3V-;3W+,3W-), welche über die Drosseln (9U;9V;9W) miteinander in Reihe geschaltet sind, wobei die Reihenschaltungen parallelgeschaltet sind und von der ersten Gleichstromquelle (1) in Sperrichtung beaufschlagt werden; durch zweite Gleichstromquellen (8+,8-) und Schaltelemente (6+,6-) welche jeweils in Reihe geschaltet sind und die Gruppen der Thyristoren mit einer Sperrspannung beaufschlagen; und durch lastseitige Ausgangsanschlüsse (U,V,W) an den Mittelabgriffen der Drosseln (9U,9V,9W) und durch eine Steuereinrichtung (5) zur Steuerung der Thyristoren und Schaltelemente .

7. Wechselrichter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement ein Transistor ist.

8. Wechselrichter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (5) die Steuerelektroden der Thyristoren und die Basen der Transistoren ansteuert.

9. Viechseirichter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement ein über die Steuerelektrode löschbarer Thyristor ist.

10. Wechselrichter vom Stromtyp, gekennzeichnet durch eine Gleichstromquelle (11); durch einen Chopper (12), bei dem jeweils eine Diode (103,104) zwischen einem eingangsseitigen negativen Anschluß und einem ausgangsseitigen postiven Anschluß bzw. zwischen einem ausgangsseitigen negativen Anschluß und einem eingangsseitigen positiven Anschluß liegt, wobei der Chopper von der Gleichstromquelle (11) gespeist wird und die Ausgangsleistung steuert; durch eine erste und

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eine zweite Drossel (13+,13-) an den ausgangsseitigen positiven und negativen Anschlüssen des Choppers (12); durch eine Vielzahl von Gruppen von in Reihe geschalteten Thyristoren (205, 206;207,208,-209,21O), welche parallel zueinander und zwischen beiden Drosseln (13+,13-) liegen; durch eine Vielzahl von Gruppen von in Reihe geschalteten Dioden (111,112;113,114; 115,116), welche parallel zueinander und zwischen den positiven und negativen Anschlüssen der Gleichstromquelle (11) liegen, wobei die Thyristoren und die Dioden einen Wechselrichter bilden und wobei jeweils an der mittleren Verbindungsstelle die einzelnen Reihenschaltungen miteinander und mit einem lastseitigen Äusgangsanschluß (U,V,W) verbunden sind; durch eine zusätzliche Gleichstromquelle (118,120), welche in Reihe zu den Dioden (103,104) des Choppers (12) liegt; durch ein Schaltelement (117,119) zur Steuerung der Verbindung zwischen der zusätzlichen Stromquelle (118,120) und der jeweils zugeordneten ersten und zweiten Drossel (13+,13-), wobei die erste und zweite Drossel (13+,13-) in induktiver Beziehung zueinander angeordnet sind.

11. Wechselrichter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Chopper (12) eine Vielzahl von Thyristoren (201,202) mit Chopper-Funktion umfaßt.

12. Wechselrichter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Gleichstromquelle (118,120) in Reihe zum Schaltelement (117,119) liegt, wobei die Reihenschaltung aus der jeweiligen zusätzlichen Gleichstromquelle und dem jeweiligen Schaltelement parallel zu dem zugeordneten Thyristor des Choppers (12) liegt, wobei die Polarität der zusätzlichen Gleichstromquelle der Polarität des Thyristors des Choppers entgegengesetzt ist.

13. Wechselrichter nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement ein Transistor ist.

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τ"

14. Wechselrichter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Chopper (12) eine Vielzahl von Transistoren mit Chopper-Funktion umfaßt.

15. Wechselrichter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Gleichstromquelle mit der zugeordneten Diode in Reihe aber mit umgekehrter Polarität geschaltet ist, wobei der Transistor des Choppers als Schaltelement für die zusätzliche Gleichstromquelle wirkt.

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